Los nanocables prometen hacer que los LED sean más coloridos y las células solares más eficientes. además de acelerar las computadoras. Es decir, siempre que los diminutos semiconductores conviertan la energía eléctrica en luz, y viceversa, en las longitudes de onda correctas. Un equipo de investigación del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) alemán ha logrado producir nanocables con longitudes de onda operativas que pueden seleccionarse libremente en una amplia gama, simplemente alterando la estructura de la carcasa. Los nanocables afinados podrían asumir varias funciones en un componente optoelectrónico. Eso haría que los componentes fueran más potentes, más rentable, y más fácil de integrar, como informa el equipo en Comunicaciones de la naturaleza .

Los nanocables son extremadamente versátiles. Los pequeños elementos se pueden utilizar para componentes fotónicos y electrónicos miniaturizados en nanotecnología. Las aplicaciones incluyen circuitos ópticos en chips, sensores novedosos, LEDs, células solares y tecnologías cuánticas innovadoras. Son los nanocables independientes los que garantizan la compatibilidad de las tecnologías de semiconductores más recientes con las tecnologías convencionales basadas en silicio. Dado que el contacto con el sustrato de silicio es pequeño, superan las dificultades típicas de combinar diferentes materiales.

Para su estudio, que duró varios años, Los investigadores de Dresde se propusieron por primera vez cultivar nanocables a partir del material semiconductor arseniuro de galio sobre sustratos de silicio. El siguiente paso consistió en encerrar los alambres delgados como una oblea en otra capa de material al que agregaron indio como elemento adicional. Su objetivo:la estructura cristalina no coincidente de los materiales estaba destinada a inducir una tensión mecánica en el núcleo del alambre, que cambia las propiedades electrónicas del arseniuro de galio. Por ejemplo, la banda prohibida de los semiconductores se hace más pequeña y los electrones se vuelven más móviles. Para magnificar este efecto, los científicos siguieron agregando más indio a la cáscara, o aumentó el grosor de la cáscara. El resultado superó las expectativas.

Llevando un efecto conocido a los extremos

"Lo que hicimos fue llevar un efecto conocido al extremo, "explicó Emmanouil Dimakis, líder del estudio que involucró a investigadores de HZDR, TU Dresden y DESY en Hamburgo. "El 7 por ciento de tensión lograda fue tremendo".

A este nivel de tensión, Dimakis esperaba ver desórdenes en los semiconductores:en su experiencia, el núcleo del alambre se dobla o surgen defectos. Los investigadores creen que las condiciones experimentales especiales fueron la razón de la ausencia de tales trastornos:Primero, crecieron alambres de arseniuro de galio extremadamente delgados, unas cinco mil veces más finos que un cabello humano. Segundo, el equipo logró producir la cubierta de alambre a temperaturas inusualmente bajas. La difusión superficial de átomos se congela entonces más o menos, obligando a la cáscara a crecer uniformemente alrededor del núcleo. El equipo de investigadores reforzó su descubrimiento al realizar varias series independientes de mediciones en las instalaciones de Dresde, así como en las fuentes de luz de rayos X de alto brillo PETRA III en Hamburgo y Diamond en Inglaterra.

Los extraordinarios resultados llevaron a los investigadores a realizar más investigaciones:"Cambiamos nuestro enfoque a la pregunta de qué desencadena la tensión extremadamente alta en el núcleo de nanocables, y cómo se puede utilizar para determinadas aplicaciones, "Dimakis recuerda." Los científicos han sido conscientes del arseniuro de galio como material durante años, pero los nanocables son especiales. Un material puede exhibir propiedades completamente nuevas a nanoescala ".

Posibles aplicaciones para redes de fibra óptica

Los investigadores se dieron cuenta de que la alta tensión les permitía cambiar la banda prohibida del semiconductor de arseniuro de galio a energías muy bajas. haciéndolo compatible incluso para longitudes de onda de redes de fibra óptica. Un hito tecnológico. Después de todo, este rango espectral anteriormente solo podía lograrse a través de aleaciones especiales que contienen indio, lo que provocó una serie de problemas tecnológicos debido a la mezcla de materiales.

Se requieren métodos de alta precisión para producir nanocables. Hace cuatro años, Se instaló un sistema especial en HZDR para este propósito:el laboratorio de epitaxia de haz molecular. El crecimiento autocatalizado de nanocables a partir de haces de átomos o moléculas se logra en el laboratorio; los haces se dirigen sobre sustratos de silicio en vacío ultra alto. Emmanouil Dimakis jugó un papel importante en la creación del laboratorio. La mayoría de los estudios informados en la publicación actual fueron realizados por Leila Balaghi como parte de su doctorado.